動設(shè)備及靜設(shè)備概述

動設(shè)備定義、種類

（1）石油化工動設(shè)備定義

石油化工動設(shè)備是指在石油化工生產(chǎn)裝置中具有轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)的工藝設(shè)備。

（2）石油化工動設(shè)備種類

石油化工動設(shè)備種類可按其完成化工單元操作的功能進(jìn)行分類，一般可分成流體輸送機(jī)械

類、非均相分離機(jī)械類、攪拌與混合機(jī)械類、冷凍機(jī)械類、結(jié)晶與干燥設(shè)備等。

1J411022動設(shè)備（容積泵、離心泵、往復(fù)式壓縮機(jī)、離心式壓縮機(jī)等）的結(jié)構(gòu)及工作原理

（1）容積泵的結(jié)構(gòu)及工作原理

容積泵又稱“正位移泵”。通過若干封閉的充滿液體的空間（如缸體），周期性地將能量

施加于液體，使液體壓力直接增加到所需值的泵，包括往復(fù)泵、轉(zhuǎn)子泵等。

1）往復(fù)泵

往復(fù)泵是活塞泵、柱塞泵和隔膜泵的總稱，它是容積式泵中應(yīng)用比較廣泛的一種。按驅(qū)動

方式，往復(fù)泵可分為機(jī)動泵（電動機(jī)驅(qū)動）、直動泵（蒸汽、氣體或液體驅(qū)動）和手動泵

三大類。往復(fù)泵是通過活塞的往復(fù)運(yùn)動直接以壓力能的形式向液體提供能量的液體輸送機(jī)

械。

①活塞泵

活塞泵的主要部件是泵缸、活塞、活塞桿、單向開啟的吸入閥和排出閥。泵缸內(nèi)活塞與閥

門間的空間為工作室。

②計(jì)量泵

計(jì)量泵又稱比例泵，其裝置特點(diǎn)是通過改變柱塞的沖程大小來調(diào)節(jié)流量，當(dāng)要求精確輸送

流量恒定的液體時，可以方便而準(zhǔn)確地借助調(diào)節(jié)偏心輪的偏心距離，改變柱塞的沖程來實(shí)現(xiàn)。

有時，還可通過一臺電機(jī)帶動幾臺計(jì)量泵的方法將幾種液體按比例輸送或混合。

③隔膜泵

當(dāng)輸送腐蝕性液體或懸浮液時，可采用隔膜泵。隔膜泵實(shí)際上就是柱塞泵。

隔膜式計(jì)量泵可用來定量輸送劇毒、易燃、易爆和腐蝕性液體。

2）轉(zhuǎn)子泵

轉(zhuǎn)子泵又稱回轉(zhuǎn)泵，屬正位移泵，它們的工作原理是依靠泵內(nèi)一個或多個轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)來吸

液和排液的。石油化工中較為常用的有齒輪泵和螺桿泵。

①齒輪泵

目前石油化工中常用的外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)泵殼內(nèi)有兩個齒輪，其中一個為主動輪，它由

電機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)；另一個為從動輪，它是靠與主動輪的相嚙合而轉(zhuǎn)動。兩齒輪將泵殼內(nèi)分成互

不相通的吸入室和排出室。當(dāng)齒輪旋轉(zhuǎn)時，吸入室內(nèi)兩輪的齒互相撥開，形成低壓而將液體

吸入；然后液體分兩路封閉于齒穴和殼體之間隨齒輪向排出室旋轉(zhuǎn)，在排出室兩齒輪的齒互

相合攏，形成高壓而將液體排出。此種泵的流量和壓頭有些波動，且有噪聲和振動。近年

來己逐步采用內(nèi)嚙合式的齒輪泵，其較外嚙合齒輪泵工作平穩(wěn)，但制造較復(fù)雜。

齒輪泵的流量小而揚(yáng)程高，適用于黏稠液體乃至膏狀物料的輸送，但不能輸送含有固體粒

子的懸浮液。

②螺桿泵

螺桿泵由泵殼和一根或多根螺桿所構(gòu)成。雙螺桿泵的工作原理與齒輪泵十分相似，它是依

靠互相嚙合的螺桿來吸送液體的。當(dāng)需要較高壓頭時，可采用較長的螺桿。

螺桿泵的壓頭高、效率高、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲低，適用于高黏度液體的輸送。

轉(zhuǎn)子泵的操作特性與往復(fù)泵相似。在一定轉(zhuǎn)速卜，泵的流量不隨泵的揚(yáng)程而變，有自吸能力，

啟動前不需要灌泵，采用旁路調(diào)節(jié)流量。由于轉(zhuǎn)動部件嚴(yán)密性的限制，回轉(zhuǎn)泵的壓頭不如往

復(fù)泵局。

(2)離心泵的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

1)離心泵的基本結(jié)構(gòu)

離心泵的基本部件是高速旋轉(zhuǎn)的葉輪和固定的蝸殼形泵殼，具有若干個(通常為4?12個)

后彎葉片的葉輪緊固于泵軸上，并隨泵軸由電機(jī)驅(qū)動作高速旋轉(zhuǎn)。葉輪是直接對泵內(nèi)液體做

功的部件，為離心泵的供能裝置。泵殼中央的吸入口與吸入管路相連接，吸入管路的底部裝

有單向底閥。泵殼側(cè)旁的排出口與裝有調(diào)節(jié)閥門的排出管路相連接。

2)離心泵的工作原理

當(dāng)離心泵啟動后，泵軸帶動葉輪一起作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，迫使在葉片間的液體作近似等角速度

的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，在慣性離心力作用下，液體自葉輪中心向外周作徑向運(yùn)動。液體在流經(jīng)葉輪的

運(yùn)動過程獲得了能量，靜壓能增高，流速增大。當(dāng)液體離開葉輪進(jìn)入泵殼后，由于殼內(nèi)流道

逐漸擴(kuò)大而減速，部分動能轉(zhuǎn)化為靜壓能，最后沿切向流人排出管路，所以蝸形泵殼不僅是

匯集由葉輪流出液體的部件，而且又是一個轉(zhuǎn)能裝置。當(dāng)液體自葉輪中心甩向外周的同時，

葉輪中心形成低壓區(qū)，在儲槽液面與葉輪中心壓力差的作用下，致使液體被吸進(jìn)葉輪中心。

依靠葉輪的不斷運(yùn)轉(zhuǎn)，液體便連續(xù)地被吸入和排出。液體在離心泵中獲得的機(jī)械能量最終

表現(xiàn)為靜壓能的提高。

(3)往復(fù)壓縮機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

往復(fù)壓縮機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理與往復(fù)泵相近，其主要部件有活塞、氣缸、吸氣閥和排

氣閥，依靠活塞的往復(fù)運(yùn)動而將氣體吸入和排出。但是，由于往復(fù)壓縮機(jī)處理的氣體密度小、

可壓縮性，壓縮后氣體的體積變小、溫度升高，因而往復(fù)壓縮機(jī)的吸氣閥門和排氣閥門必

須靈巧精制，為移除壓縮放出的熱量以降低氣體的溫度，還應(yīng)附設(shè)冷卻裝置。往復(fù)壓縮機(jī)

實(shí)際的工作過程也比往復(fù)泵更加復(fù)雜。

(4)離心式壓縮機(jī)

離心式壓縮機(jī)，其結(jié)構(gòu)類似于多級離心泵，它主要由蝸形機(jī)殼和多葉片的葉輪組成，每級

葉輪之間都有導(dǎo)輪，工作原理和離心泵基本相同。

離心式壓縮機(jī)的葉輪級數(shù)多(可在10級以上)，轉(zhuǎn)速也較高，可產(chǎn)生更高的出口壓力。由

于氣體的壓縮比較高，氣體的體積變化比較大，溫度升高也較明顯，因而離心式壓縮機(jī)的葉

輪直徑和寬度逐級縮小，并且將葉輪分成幾段，每段又包括幾級，段與段之間設(shè)置冷卻器,

以免氣體溫度過高。

離心式壓縮機(jī)優(yōu)勢明顯，因此，除要求很高的壓縮比外，大都采用離心式壓縮機(jī)。

1J4U023離心泵的安裝高度確定

（1）離心泵的氣蝕現(xiàn)象

由離心泵的工作原理可知，泵的吸液作用是依靠液面（設(shè)為0—0'截面）與泵吸人口截面

（設(shè)為1—1'截面）之間的勢能差而實(shí)現(xiàn)的，也就是說在泵的吸入口附近為低壓地區(qū)。當(dāng)

葉片入口附近的最低壓力等于或小于輸送溫度下液體的飽和蒸汽壓時，液體將在此處汽化或

者溶解在液體中的氣體析出并形成氣泡。含氣泡的液體進(jìn)人葉輪高壓區(qū)后，氣泡在高壓作用

下急劇地縮小而破滅，氣泡的消失產(chǎn)生局部真空，周圍的液體以極高的速度沖向原氣泡所占

據(jù)的空間，造成沖擊和振動。在巨大沖擊力反復(fù)作用下，使葉片表面材質(zhì)疲勞，從開始點(diǎn)蝕

到形成裂縫，導(dǎo)致葉輪或泵殼破壞。這種現(xiàn)象稱為汽蝕。

汽蝕現(xiàn)象發(fā)生時，由于部分流道空間被氣泡占據(jù)，致使泵的流量、壓頭及效率下降，嚴(yán)重

時吸不上液體，泵不能正常工作。

汽蝕發(fā)生的原因歸根結(jié)底是葉片吸入口附近的壓力過低。而造成吸入口壓力過低的原因是

多方面的，諸如泵的安裝高度超過規(guī)定值、吸入管路局阻力過大、泵送液體的溫度超過允

許值，泵的工作點(diǎn)偏離額定流量過多等。為避免汽蝕的發(fā)生就要采取措施使葉片入口附近

的壓力必須維持在某一數(shù)值以上，通常取輸送溫度下液體的飽和蒸汽壓力作為最低壓力。

根據(jù)泵的抗汽蝕性能，合理地確定泵的安裝高度，是避免汽蝕發(fā)生的有效措施。

（2）離心泵的允許安裝（或吸上）高度

泵的允許安裝高度或允許吸上高度是指上游儲槽液面與泵吸入口之間允許達(dá)到的最大垂直

距離，以Hg表Zj<?

離心泵的允許安裝高度及，可在0—0'（上游儲槽液面）與1-1'（泵吸入口）兩截面列

伯努利方程求得，即

乩="一旦一乩…

式中..Hg---泵的允許安裝高度（m）；。

.....pi-熟口處可允許的最低壓力（Pa）;。

.....Hfp」——屐體流經(jīng)吸入管路的壓頭損失（m）；2

po——儲槽液面上的壓力，若儲槽上方與大氣相通，則段即為大氣壓p、（Pa）。。

于是上式可表示為。

f為了確定離心泵的允許安裝高度，在國產(chǎn)離心泵標(biāo)準(zhǔn)中，采取抗汽蝕性能指標(biāo)

來限定泵吸入口附近的最低壓力。。

1）離心泵后氣蝕余量，

為了防止汽蝕現(xiàn)象發(fā)生，在離心泵的入口處液體的靜壓頭與動壓頭之和互+望

必須大于操作溫度下液體的飽和蒸汽壓頭空某一數(shù)值，此數(shù)值即離心泵的汽蝕余

量，其定義式為e

NSPH=邑十或一A

Pg2gpg1，

式中的Po為吸入儲槽內(nèi)液面上方的壓力，單位為Pao若儲槽敞口，則為p0=p4oP

f由于大流量下（NS7陽）r較大，在計(jì)算泵的允許安裝高度時，應(yīng)以操作中可能出

現(xiàn)的最高流量為依據(jù)。，

2）離心泵的允許吸上真空度"

若大氣壓力為P”怒回逾油的最低壓力為Pl，則泵入口處的最高真空度為

（Pa-Pl），單位為Pa。習(xí)慣上，真空度常以輸送液體的液柱高度來計(jì)量，稱之為允

許吸上真空度，以盤來表示，單位為m液柱，即“

........................................PSp

需要指出，跳是表示真空度的物理量，應(yīng)具有壓力的單位（m流體柱），但在

離心泵的性能表里一般把它的單位寫成m（嚴(yán)格說應(yīng)是m水柱），對此要特別注意。

在伯努利方程式里回-A）/內(nèi)又具有靜壓頭的物理意義，因此J

乩=河—喜一乩,。7

需要指出，不是離心泵的抗汽蝕性能參數(shù)，其值越大，泵的號高度H越高。

況與泵的結(jié)構(gòu)、被給送液體的性質(zhì)及當(dāng)?shù)卮髿鈮河嘘P(guān)，且隨流量加大儂小。母值

由泵的制造廠家在98.1kPa（10mHQ）大氣壓下，用2QP清水實(shí)驗(yàn)測得。實(shí)驗(yàn)值列

在水泵樣本或說明書的性能表中。一些泵的特性曲線上也畫出了1一Q曲線。P

離心泵的允許吸上真空度星與非須汽蝕余量的?NSPH%關(guān)系為。

之吟TNSPH*

靜設(shè)備（化學(xué)反應(yīng)器、塔器、換熱設(shè)備、分離設(shè)備、儲存設(shè)備）種類

（1）化學(xué)反應(yīng)器

化學(xué)反應(yīng)器是用于實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)工程的設(shè)備。其結(jié)構(gòu)和形式與化學(xué)反應(yīng)過程的類型和性質(zhì)

有密切的關(guān)系。

1）攪拌式反應(yīng)器

攪拌式反應(yīng)器，俗稱“反應(yīng)鍋”，內(nèi)部裝有攪拌器和必要傳熱裝置的反應(yīng)器。一般由罐體、

傳熱裝量（如有）、攪拌裝置、傳動裝置、軸封裝置等組成。

①高壓釜

②聚合釜

2）固定床反應(yīng)器

固定床反應(yīng)器用于使反應(yīng)在固定床層中進(jìn)行的設(shè)備，即流體和靜止?fàn)顟B(tài)卜一的固體物料起反

應(yīng)，或使流體在靜止?fàn)顟B(tài)下的固體催化劑（觸媒）影響下起反應(yīng)的設(shè)備。

3）沸騰床反應(yīng)器

沸騰床反應(yīng)器又稱“流化床反應(yīng)器”，用于使反應(yīng)在沸騰床層內(nèi)進(jìn)行的設(shè)備，分有單段式

和多段式兩類，單段式又有非循環(huán)操作和循環(huán)操作兩種。

4）管式反應(yīng)器

管式反應(yīng)器是在管內(nèi)完成化學(xué)反應(yīng)過程的反應(yīng)器，有管式（裂解）爐和圓筒管式爐等。

①管式裂解爐

②圓筒管式爐

5）滾動式反應(yīng)器

滾動式反應(yīng)器是使固體物料進(jìn)行焙燒反應(yīng)的設(shè)備，主要結(jié)構(gòu)為一個內(nèi)襯耐火材料的傾斜裝

置的回轉(zhuǎn)圓筒。固體物料由上端加料裝置加入，借滾筒的回轉(zhuǎn)產(chǎn)生攪拌與混和，強(qiáng)化反應(yīng)并

向前移動。燃燒加熱的氣體由下端進(jìn)人。物料逆向由卸料室卸出，爐氣由煙道排出。

6）合成塔

合成塔是進(jìn)行化學(xué)合成反應(yīng)的一種塔型反應(yīng)器。應(yīng)用于氨、氯化氫、甲醇、尿素的合成和

重油的加氫等。其結(jié)構(gòu)、材料和形式隨反應(yīng)物和反應(yīng)條件而不同。一般由外殼和內(nèi)件組成,

外殼承受介質(zhì)的高壓，內(nèi)件由催化劑（觸媒）支撐裝置、熱交換裝置、氣體分配裝置等組

成。有固定床反應(yīng)和沸騰床反應(yīng)兩大形式，前者的應(yīng)用較廣。

7）焙燒爐

（2）塔器

塔器又稱“塔設(shè)備”。類似塔形的直立式石油化工設(shè)備，其高度與直徑之比較大。

根據(jù)其作用的不同可分為精儲塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔等。

根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)則可分為板式塔或填料塔兩大類。

1）精儲塔

精饋塔是用以進(jìn)行精儲操作的塔器。精儲操作是將液體物料在塔內(nèi)同時進(jìn)行多次部分氣化和

部分冷凝，使易揮發(fā)組分由液相向氣相轉(zhuǎn)移，難揮發(fā)組分由氣相向液相轉(zhuǎn)移，以分離液體混

合物中的不同組分。操作時，將由精饋塔頂冷凝所得的液體的一部分，由塔頂回流人塔內(nèi)，

并與下部上升的蒸汽密切接觸，進(jìn)行熱量與質(zhì)量的交換，使低沸點(diǎn)組分沿著塔的向上方向

不斷增加濃度，而高沸點(diǎn)組分則沿著相反方向不斷增加濃度，從而將液體混合物分離為塔

頂產(chǎn)品（偏出液）和塔底產(chǎn)品（蒸儲釜?dú)堃海?，或在塔身任意部位引出不同儲份的產(chǎn)品。

2）吸收塔

吸收塔用以進(jìn)行吸收操作的塔器。吸收操作是選用適當(dāng)?shù)囊后w為吸收劑以分離氣體混合物中

的不同組分。由于氣體混合物中各組分對該液體吸收劑的溶解度各不相同，因而使易溶的組

分溶于吸收劑中，以達(dá)到與其他組分分離的目的。操作時，使從塔頂噴淋的液體吸收劑，與

由塔底上升的氣體混合物密切接觸，從而氣體中易溶組分逐漸溶于吸收劑中。吸收塔根據(jù)作

用的不同又可分為表面式、膜式、噴灑式和鼓泡式等。

3）解吸塔

解吸塔用以進(jìn)行解吸操作的塔器。解吸操作是與吸收操作正好相反的過程。即將所吸收的

氣體從吸收劑放出。在工業(yè)上往往使解吸與吸收結(jié)合進(jìn)行，以獲得純凈氣體并再生吸收劑。

4）萃取塔

萃取塔用以進(jìn)行萃取操作的塔器。萃取操作是利用不同物質(zhì)在選定溶劑（萃取劑）中的不

同溶解度，以分離混合物中的不同組分。當(dāng)用溶劑分離液體混合物中的組分時，稱為液體

萃取。當(dāng)用溶劑分離固體混合物中的組分時，稱為浸取，又稱固體萃取。習(xí)慣上，萃取多數(shù)

僅指液體萃取。萃取塔根據(jù)作用的不同又可分為攪拌式、脈動式、噴淋式和填料式。

5）氣提塔

氣提塔用于氣提過程的塔器。氣提過程是將某一組分的蒸汽分壓增大破壞了原來的蒸汽平

衡分壓，引發(fā)液相中的另一組分從液相中逸入氣相的過程，也稱蒸汽蒸儲，是一種比較簡

單的蒸儲方法，常用以蒸儲在常壓下沸點(diǎn)較高或在其沸點(diǎn)時易于分解的物料，也常用于高沸

點(diǎn)的物料與不揮發(fā)的雜質(zhì)分離。為了實(shí)現(xiàn)較為理想的傳質(zhì)過程，往往在管子的另一側(cè)供應(yīng)熱

量，使氣提組分化合物的分解所需熱量得到補(bǔ)充，是一種傳熱傳質(zhì)類型的塔器。

6）板式塔

7）填料塔

8）柵板塔

9）湍球塔

（3）換熱設(shè)備

換熱設(shè)備即換熱器；又稱熱交換器。

根據(jù)作用原理可分為間壁式換熱器、蓄熱式換熱器和混合式換熱器。

根據(jù)使用目的可分為加熱器、冷卻器、汽化器和冷凝器，根據(jù)制造材料可分為金屬材料換

熱器和非金屬材料換熱器。

根據(jù)傳熱面形式和結(jié)構(gòu)可分為管式換熱器、板式換熱器和特種換熱器。

1）間壁式換熱器

間壁式換熱器是通過分隔各流體的同壁進(jìn)行熱量交換的一類換熱器。主要是管式換熱器和板

式換熱器。在化學(xué)工業(yè)中普遍使用管殼式換熱器。

2）蓄熱式換熱器

3）混合式換熱器

4）蛇管式換熱器

蛇管式換熱器是管式換熱器的一種。

蛇管常用鋼管制成，也可用有色金屬和陶質(zhì)材料制成。

5）套管式換熱器

6）管殼式換熱器

管殼式換熱器又稱“列管式換熱器”。優(yōu)點(diǎn)是；①單位體積的傳熱面較大，設(shè)備較緊湊；

②可豎立安裝，也可橫臥安裝。它是目前化工生產(chǎn)中用得最廣泛的一種換熱器。

7）多筒式換熱器

8）刮面式換熱器

適用于高黏度流體的加熱或冷卻，以及含有固體顆粒泥漿的冷卻，也用作伴隨有放熱或吸

熱反應(yīng)的反應(yīng)裝置或溶解裝置。

9）立式降膜式冷卻（冷凝）器

10）螺旋管式換熱器

螺旋管式換熱器是由許多卷成同心螺旋狀的傳熱管固定在蓋板和殼體底板之間構(gòu)成的一種

換熱器。

主要優(yōu)點(diǎn)有：①適用于小流量或小傳熱面場合；②因螺旋管中的層流傳熱系數(shù)大于直管的層

流傳熱系數(shù)，所以可用于高黏度流體的加熱或冷卻；③由于兩流體為逆流流動，傳熱效果好;

④傳熱管呈螺旋盤管狀，具有彈簧作用，無熱應(yīng)力存在；⑤結(jié)構(gòu)緊湊，安裝容易。主要缺點(diǎn)

是：①當(dāng)傳熱管與入口管和出口管連接處產(chǎn)生泄漏時，修理困難；②管內(nèi)的機(jī)械清洗很困難。

11）折流桿換熱器

由于殼程流體流過折流桿時產(chǎn)生渦流，以及利用節(jié)流原理產(chǎn)生流體流經(jīng)管束時變橫向流為平

行流的作用，從而提高殼程流體的給熱系數(shù)和降低殼程流體的阻力降。為一種新型高效換

熱器。缺點(diǎn)是桿式折流圈的加工制造和安裝精度要求較高，因此使它的生產(chǎn)應(yīng)用受到限制。

12）翅片管式換熱器

翅片管式換熱器是傳熱管外表面具有縱向翅片或徑向翅片的??種換熱器。

13）熱管

熱管是主要靠載熱介質(zhì)相變時吸收和釋放汽化潛熱及蒸汽流動來傳熱的一種具有很高傳熱

性能的傳熱元件。當(dāng)管子的一端受熱時（稱蒸發(fā)段），液體即在芯網(wǎng)中吸收熱量汽化，產(chǎn)生

的蒸汽通過管子中間部位的隔熱段流向冷端（稱冷凝段），蒸汽遇到冷表面，冷凝成液體放

出熱量，而后在毛細(xì)力作用下，又補(bǔ)充回到熱端。

14）板式換熱器

（5）儲存設(shè)備

主要是用來盛裝生產(chǎn)和生活用的原料氣體、液體、液化氣體等的容器。如各種形式的儲槽。

1）儲存容器按壓力分為

①常壓容器：容器的工作壓力為大氣壓，如敞口容器。

②低壓容器：容器最高工作壓力P在下述范圍之內(nèi)：